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MATERIAIS PARA UM FUTURO SUSTENTÁVEL

Estimular Um pacote educacional para estudantes (entre 14-17 anos de idade) que promove

a importância de materiais avançados nas nossas vidas quotidianas. Está ligado à

Ciência, Arte e Design e Estudos de Sustentabilidade.

Financiado por:

Parceiros:

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Sobre este projecto ‘Estimular’ é um excitante projecto da UE que visa revelar a importância de materiais

avançados na nossa vida quotidiana. Os materiais avançados são nossos aliados para um futuro

sustentável e esta é a mensagem principal que pretendemos comunicar em 23 línguas

europeias através do nosso sítio web, um documentário e clipes de filmes, um jogo de

computador interactivo e materiais educacionais. O objectivo é que aprendam sobre o papel

que os materiais avançados desempenham nos campos da saúde, ambiente, tecnologia,

inovação, energia e muito mais.

Ao fornecermos um pacote educacional para escolas secundárias esperamos entusiasmar os

jovens para o futuro e as aplicações de materiais avançados. Também esperamos que a paixão

dos cientistas e designers apresentados inspire os jovens a escolherem eles próprios estudos ou

uma carreira na ciência e tecnologia.

Como usar este recurso Este pacote educacional foi escrito como parte do projecto ‘Estimular’ e pode ser usado

juntamente com os outros recursos disponíveis. As actividades estão baseadas à volta de clipes

elaborados tirados do documentário ‘A Vida Secreta dos Materiais’ e da informação no sítio

web do Materials Future (www.materialsfuture.eu/pt/).

O pacote está dividido em três partes, começando com actividades que exploram a necessidade

de materiais avançados, avançando então para a descoberta de diversos tipos de materiais

avançados e finalmente debruçando-se sobre como podem os estudantes envolver-se eles

próprios. As secções e actividades neste pacote foram escritas duma forma que permite que

sejam trabalhados desde o princípio até ao fim ou que possam ser escolhidas actividades.

Foram fornecidas folhas de trabalho e notas para os professores onde necessário. Este pacote

refere-se à história ‘As Aventura de Max e Lily’ e ao jogo ‘Caçador de Materiais’. O acesso a

ambos pode ser feito pelo sítio web.

Este pacote é apropriado para ensinar estudantes com idades entre 14 e 17 anos. Como este

pacote tem de ser apropriado para ser usado em diferentes países da UE, não há ligações

específicas ao currículo. No entanto, as actividades estão ligadas a tópicos das disciplinas de

Ciência e Tecnologia, Arte e Design e Estudos de Sustentabilidade.

Ao completarem as actividades neste pacote os estudantes irão:

Compreender o que são materiais avançados e conhecer diversos tipos

Compreender a importância e potencial dos materiais avançados para um futuro sustentável

Ter explorado como seria trabalhar ou estudar no campo da ciência

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Parte 1: A necessidade de materiais avançados

Estas actividades irão ajudar os estudantes a compreender o estado actual e as limitações do

nosso uso dos recursos do planeta. Os estudantes irão também ser introduzidos ao mundo dos

materiais avançados.

No final destas actividades os estudantes serão capazes de:

Explorar as limitações e possibilidades dos recursos do nosso planeta

Compreender o que significa sustentabilidade

Explicar o que é um material avançado

Recursos:

Ficha de trabalho 1

Acesso à Internet

Actividade 1 | Debater sustentabilidade (20 min)

(Introduzir o tópico) Sustentabilidade diz respeito a cobrir as necessidades do presente sem

comprometer a capacidade das gerações futuras de cobrirem as suas próprias necessidades.

Temos andado a usar materiais renováveis derivados de plantas como madeira, algodão e

borracha já há muito tempo. No entanto, no último século temos andado a usá-los a um ritmo

que as plantas ou animais (pesca excessiva!) não conseguem compensar a tempo. Também nos

tornámos cada vez mais dependentes de recursos como carvão, gás e petróleo e temos estado

a esgotá-los a um ritmo rápido. O petróleo não é apenas usado como combustível, mas

também como uma fonte de material em bruto para criar produtos como plástico, tintas,

medicamentos e têxteis. O desafio para os cientistas é encontrar formas de criar produtos

usando energia sustentável e recursos eficientemente. Grande tópico de discussão!

(Actividade) Pergunte aos estudantes pela sua opinião inicial sobre as três proposições.

Seguidamente, peça-lhes para pesquisar os assuntos em grupos e discuti-los. Pode fazer uma

votação e talvez até fazer um plano de acção se os estudantes se sentirem entusiasmados

sobre um assunto discutido.

1 Os benefícios dos recursos de energia renováveis ultrapassam as desvantagens

2 Os sacos de plástico deviam ser banidos

3 Precisamos de alterar o nosso modo de vida para preservar o planeta para

gerações futuras

Encoraje os estudantes a considerar questões como: porque é que o plástico é tão largamente

usado? Porque é que isso é um problema? Que métodos de produção e distribuição são usados

na produção de materiais? Efeitos para o ambiente e os animais? Empregos e uso da terra?

Materiais actuais e fontes de energia usadas e quais são as alternativas?

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Actividade 2 | Desenvolver tecnologias (40 min)

(Introduzir o tópico) Mais de setenta por cento de todas as inovações técnicas, numa larga

variedade de campos e aplicações, dependem hoje directamente ou indirectamente do

desenvolvimento de materiais avançados. As pessoas tendem a subestimar a importância de

materiais avançados na vida quotidiana, uma vez que estão focadas principalmente nos

produtos finais, em vez de apreciarem as tecnologias dos materiais subjacentes. Os cidadãos

não estão consciencializados que a maior parte dos produtos tecnológicos que usam hoje existe

devido à contínua melhoria das propriedades de materiais funcionais.

(Actividade) Nesta actividade peça aos estudantes para explorarem como as tecnologias e a

ciência melhoraram os materiais usados em artigos do quotidiano. Peça a cada estudante para

escolher um artigo do quotidiano para investigar (por exemplo um forno, frigorífico, mesa,

computador, brinquedos, etc.). Eles devem pesquisar sobre a aparência do artigo quando foi

primeiro inventado e que materiais foram usados para fazê-lo; seguidamente devem observar

como o artigo se desenvolveu e melhorou ao longo do tempo. Como é que as tecnologias

necessárias para fazer o artigo melhoraram? Como é que os materiais melhoraram? Faça com

que os seus estudantes escrevam um pequeno relatório ou apresentem o que descobriram.

Actividade 3 | Introduzir materiais avançados (20 min) (Introduzir o tópico) Ainda há uma larga margem para que os recursos que usamos se tornem

ainda mais sustentáveis e eficientes. Assim, os cientistas continuam a investigar e desenvolver

materiais novos e inovadores. O projecto ‘Estimular’ concentra-se em promover a importância

de materiais avançados na nossa vida quotidiana. Como o Max e a Lily dizem: “…Todos estes

materiais avançados que alteraram a forma do nosso mundo e o tornam mais rápido, mais

forte, mais barato e mais eficiente. E também mais saudável e mais sustentável.”

Pergunte aos estudantes se conseguem encontrar uma definição para materiais avançados ou

se podem dar um exemplo. Escreva todas as sugestões no quadro. A seguir, conte-lhes que

materiais avançados são: “supermateriais; materiais com um desempenho extremamente alto

no que diz respeito a uma propriedade.” Podem ser materiais novos ou modificações a

existentes. Certos prefixos indicam que se trata de um material avançado: ultra-, super- e nano-

. Materiais ultra-rígidos, supercondutores ou super-hidrofóbicos (que repelem fortemente a

água), ou nanopartículas e nanotubos. Materiais que imitam a natureza (biomimética) ou que

conseguem lembrar-se de um formato específico (ligas com memória de forma) são também

considerados materiais avançados.

(Actividade) Os estudantes irão olhar para os diversos materiais e as suas aplicações

detalhadamente na parte 2 deste pacote. Como introdução, entregue a ficha de trabalho 1 e

peça aos estudantes para encontrarem a descrição correcta na enciclopédia do sítio web do

Materials Future: www.materialsfuture.eu/pt/aprender/enciclopedia/.

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Parte 2: Explorar o papel dos materiais avançados

As actividades nesta parte do pacote irão introduzir os estudantes ao papel dos materiais

avançados nas tecnologias de ponta e permitir-lhes explorar as possibilidades e aplicações de

cada um destes materiais.

No final destas actividades os estudantes irão:

Ter explorado seis diferentes tipos de materiais avançados e as suas aplicações

Compreender a importância dos materiais avançados para um futuro sustentável

Ter imaginado como estes materiais podem ajudar a desenvolver um futuro sustentável

Recursos:

Ficha de trabalho 2 - 5

Pequenos filmes elaborados 1 – 6 (www.materialsfuture.eu/pt/filme/filmes-elaborados)

Acesso à Internet

1 | Energia Solar

Actividade 1 | Explorar a energia solar (40 min)

(Introduzir o tópico) A Lily fornece uma definição de células solares: “… uma célula solar é um

dispositivo que absorve luz do sol, convertendo-a em energia eléctrica que pode ser usada quer

directamente (acendendo uma lâmpada por exemplo) quer acumulada em baterias.”

Pode ler mais da história do Max e da Lily ‘Cidade das luzes’ no sítio web.

(Explicação) Nesta actividade os estudantes irão explorar a forma como as células solares

funcionam e podem tentar fazer as suas próprias. Uma tecnologia usada para transformar luz

solar em electricidade é chamada energia solar fotovoltaica. A palavra fotovoltaico vem do

grego foto, que significa luz, e volt que se refere ao italiano pioneiro da electricidade

Alessandro Volta. Estes são painéis solares pretos que os estudantes provavelmente já terão

visto ou talvez a vossa escola até use. Pode mostrar-lhes uma foto no quadro. As células solares

funcionam absorvendo os fotões (pequenos pacotes de energia) que irradiam do sol e são

absorvidos pelos semicondutores no painel solar; um painel solar é feito de diferentes células.

Os fotões incidem nas células e criam uma corrente eléctrica que é então transmitida por fios a

eles conectados. Quantas mais células se tiver e quanto mais eficientes estas forem, mais

electricidade se pode gerar.

(Actividade) Para ajudar os estudantes a compreender como funcionam os painéis solares,

faça-os experimentar por eles próprios. Há muitos exemplos de experiências online e a ficha de

trabalho 2 apresenta três experiências simples que os estudantes podem fazer para explorar a

energia solar.

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Actividade 2 | Células solares orgânicas (30 – 60 min)

(Actividade) Entregue a ficha de trabalho 3 e peça aos estudantes para lerem as questões. Eles

irão ver o excerto do filme sobre energia solar (www.materialsfuture.eu/pt/filme/filmes-

elaborados) e tentar responder às questões. Eles irão provavelmente necessitar de ver o clipe

mais de uma vez. As respostas às questões estão incluídas nas notas do professor 1.

(Actividade) Existem diversas instruções detalhadas online sobre como fazerrm a sua própria

célula Grätzel usando materiais domésticos como framboesas ou mirtilos. ‘The Solar Spark’ tem

diversas boas instruções como por exemplo: www.thesolarspark.org.uk/experiments/for-

teachers/classroom-experiments. O sítio web fornece instruções, notas do professor, uma lista

de equipamento e dicas de saúde e segurança. A experiência dura por volta de 45-60 minutos.

Os estudantes também apresentam uma experiência para explorar os funcionamentos da

coloração usada nas células Grätzel.

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2 | Corpos Biónicos

Actividade 1 | Biónica (20 min)

(Actividade) Comece este tópico perguntando primeiro aos seus estudantes se eles sabem o

que significa biónico. Junte as ideias deles e então diga-lhes que biónico significa “ter

capacidade biológica normal ou desempenho melhorado ou imitado por dispositivos

electrónicos ou electromecânicos.” A biónica é um campo da ciência onde os cientistas

trabalham para ajudar pessoas com deficiências através da criação de partes do corpo humano

biónicas sofisticadas. Agora faça os seus estudantes ver o excerto do filme (segundo clipe em:

www.materialsfuture.eu/pt/filme/filmes-elaborados). Neste clipe cientistas discutem como

estão a melhorar o funcionamento de mãos biónicas através de osseointegração, que significa

formar uma conexão entre o osso vivo e o implante artificial. Depois de os estudantes terem

visto o excerto, poderá discutir as seguintes questões:

1. O que é que as possibilidades de osseointegração significam para amputados e pessoas

que recebem partes do corpo biónicas? (Essas pessoas recuperam as suas capacidades

sensoriais, tornando-se capazes de sentir que uma coisa é uma bola ou dura/mole)

2. Que questões éticas podem surgir com o avanço da biónica? (Por exemplo: quem irá

obter implantes, juntando funções que o corpo normal não pode executar)

Actividade 2 | Experienciar informação sensorial (15 min)

(Actividade) Como seria não receber nenhuma informação sensorial dos seus dedos ou mão?

Os estudantes já o experienciaram eles próprios. Faça-os executar uma tarefa em que usam as

suas capacidades motoras finas como atar atacadores ou apanhar do chão objectos muito

pequenos. Primeiro faça-os completar a tarefa normalmente. Depois faça-os aplicar creme para

herpes labial ou para queimaduras solares nas pontas dos dedos, o que causará um efeito de

dormência. Faça-os repetir a tarefa. Eles sentem a diferença?

Actividade 3 | Linha de tempo de corpos biónicos (40 min)

(Actividade) Os cirurgiões têm substituído partes do corpo através de próteses, com mais ou

menos sucesso, há milhares de anos (pensem em pernas de madeira). Foram feitos grandes

avanços na biónica no último século. Faça os estudantes investigar estes avanços online e crie

uma linha de tempo. Sugira que eles vejam olhos, ouvidos, pernas e braços/mãos biónicos, mas

também órgãos como o fígado e o coração. Pode dar-lhes uma data de início ou deixá-los

escolher eles próprios.

Actividade 4 | Projecta a tua própria parte do corpo biónica (30 min) (Actividade) Agora peça aos estudantes para trabalharem em pequenos grupos (3-4) para

projectarem a sua própria parte do corpo biónica. Faça os grupos escolherem um órgão ou

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parte do corpo e investigar todas as funções da parte que escolheram online. O que é que o seu

substituto biónico precisa de ser capaz de fazer? Pode atribuir a cada grupo uma parte, depois

como turma pode montar um corpo humano biónico inteiro.

3 | Imitando a natureza

Actividade 1 | Ver a cor (30 min)

(Introduzir o tópico) Os nossos olhos são órgãos surpreendentes com os quais podemos ver

coisas que estão bastante longe e bastante perto, ter a percepção da profundidade e distinguir

a cor. Porém, como é que vemos cores diferentes? Faça os estudantes investigar as seguintes

questões:

1. Explica como percebemos a cor. Encoraje os estudantes a fazerem um sketch.

2. O que quer dizer ‘espectro visível’? Quais são as sete cores que podemos distinguir

neste espectro?

3. O que torna as pessoas daltónicas?

4. Encontra ou projecta a tua própria experiência simples que ilustre ou jogue com a forma

como percebemos a cor. Há muitos exemplos online. Faça os estudantes tentarem as

experiências uns dos outros.

Actividade 2 | Cor estrutural (30 - 40 min)

(Introduzir o tópico) Como a Lily explica, certas plantas, animais e materiais reflectem luz de

uma forma que faz com que os vejamos coloridos quando de facto não o são, como as penas de

um pavão. A superfície do material consiste em minúsculas linhas que estão posicionadas de

uma forma que as fazem reflectir apenas certas frequências de luz; por exemplo apenas azul ou

vermelho. Pode ler mais sobre a história de Max e Lily ‘Coloração Estrutural’ online.

(Actividade) Peça aos estudantes para verem o excerto do filme sobre imitar a natureza

(terceiro clipe em www.materialsfuture.eu/pt/filme/filmes-elaborados). Divida a sua turma em

pequenos grupos e entregue cópias da ficha de trabalho 4. Forneça aos estudantes acesso à

Internet de forma a poderem pesquisar os termos ligados à teoria da cor estrutural. Encoraje-os

a expor as suas explicações por palavras suas. As respostas estão disponíveis para si nas notas

do professor 2.

(Actividade) Na sua pesquisa os estudantes irão encontrar que as penas e asas coloridas de

muitas aves e borboletas são criadas pelo efeito óptico da coloração estrutural. Seria excelente

se os estudantes pudessem ver essas cores por eles próprios – e eles podem! A coloração

estrutural é usada nos hologramas nas notas de Euro. Peça aos estudantes para trazerem eles

próprios uma nota para estudarem. O que é que eles vêem nos hologramas de notas

diferentes?

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4 | Impressão 3D

Actividade 1 | O que é a Impressão 3D? (15 min)

(Trabalho de casa) Antes de começar esta aula, peça aos estudantes para encontrarem um artigo sobre impressão 3D online. Encoraje-os a procurarem um artigo sobre o que é a impressão 3D, mas também sobre as suas aplicações. Peça-lhes para encontrarem questões antecipadamente. Parte da história do Max e da Lily é sobre materiais avançados e impressão 3D e pode ser lida online. (Actividade) Na aula discuta o que os estudantes descobriram sobre impressão 3D – como funciona? Para que pode ser usado (aplicações)? Qual é o potencial? Que limitações existem? Recolha as suas ideias e escreva-as no quadro. Agora vejam o excerto do filme sobre impressão

3D (quinto clipe em www.materialsfuture.eu/pt/filme/filmes-elaborados). Neste clipe um fabricante de violinos está a investigar a impressão 3D de um violino – poderá ele imprimir um violino que toque tão bem como um feito à mão e de madeira?

Ainda há questões que não podem ser respondidas com a informação que eles já recolheram? Deixe-os prosseguirem a sua pesquisa online. Para si como professor: a definição de impressão 3D pode ser encontrada na enciclopédia em www.materialsfuture.eu/pt/aprender/enciclopedia/. Os materiais mais comuns usados para imprimir são plásticos, cerâmicas, metais, resinas, entre outros. Existem diferentes tipos e tecnologias de impressão 3D. A impressão 3D revolucionou a criação de protótipos, foi usada na medicina e na biologia, no sector espacial, na arte e para produzir bens do dia-a-dia.

Actividade 2 | Faz a tua própria impressão 3D (duração variável)

(Actividade) Nesta actividade os estudantes irão fazer os seus próprios projectos 3D. Se tiver

uma impressora 3D na sua escola ou acesso a uma na sua zona, deixe os estudantes

imprimirem de facto o seu projecto. Se não, os estudantes podem delinear o seu projecto em

papel para diagramas ou criar um projecto 3D num computador. Os estudantes podem também

usar fotografias de um objecto para criar um ficheiro para ser impresso 3D. Pode encontrar

online software grátis para criar ficheiros para impressão 3D. A vossa escola poderia pensar em

comprar uma impressora 3D, uma vez que têm vindo a tornar-se mais acessíveis. Sítios web

como www.myminifactory.com têm tutoriais e exemplos sobre impressão 3D. Assegure-se que

os estudantes se lembram de que o seu objecto precisa de ser suficientemente simples para ser

impresso e que eles também têm de pensar nos materiais que são possíveis.

Encoraje os estudantes a pensarem sobre as possibilidades verdadeiramente excitantes para a

impressão 3D oferecidas pelos materiais avançados e incentive-os a pensarem em objectos

inovadores. O que é que eles poderiam imprimir usando células vivas?

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5 | Nanomateriais

Actividade 1 | Do nano ao giga (10 min)

(Actividade) O que quer dizer o prefixo ‘nano’? Distribua a ficha de trabalho 6 e peça aos

estudantes para preencherem os espaços no quadro. Em quanto é que cada distância decresce

à medida que se vão sucedendo as unidades? A resposta é: 1000 vezes.

Actividade 2 | Nanopartículas (30 min)

(Introduzir o tópico) Nanomateriais são definidos como materiais com pelo menos uma

dimensão (altura, largura, comprimento, espessura, diâmetro) que varia de tamanho entre

aproximadamente 1-100 nanómetros. As nanopartículas são demasiado pequenas até para

serem vistas com um microscópio óptico. Elas já não se comportam como materiais volumosos

(desta forma as propriedades de nanopartículas de prata são diferentes da prata). O seu

tamanho minúsculo significa que têm uma área de superfície relativa maior que outros

materiais e isto pode alterar ou melhorar propriedades como a força e características eléctricas

ou reactividade. Exemplos de nanomateriais são: cinza vulcânica, grafeno, pontos quânticos,

nanopartículas de metal e de óxido de metal, nanotubos de carbono, fulerenos, etc.

(Actividade) Nesta actividade os estudantes irão pesquisar como e onde é que os

nanomateriais já estão a ser usados. Os estudantes devem encontrar aplicações em têxteis,

electrónica, protectores solares, revestimentos, ferramentas, medicamentos, etc. Alguns

exemplos são: revestimentos antibacterianos em meias, ferramentas mais duras e protecção

UV. O uso de nanomateriais é também algo controverso – peça aos estudantes para

descobrirem também porquê.

Actividade 3 |Grafeno (20 min)

(Introduzir o tópico) O grafeno é um exemplo de um nanomaterial, nomeadamente uma

nanofolha, o que significa que é o material mais fino no mundo, com uma espessura de apenas

um átomo (cerca de 0.34nm). É um material baseado em átomos de carbono; é na verdade um

floco extremamente fino de carbono vulgar. O grafeno de alta qualidade é forte, leve, quase

transparente e um excelente condutor de calor e electricidade. As suas propriedades únicas

podem ajudar a fazer avanços gigantes nos campos da electrónica e outras tecnologias. Por

exemplo, um berço imaginário de 1 m² feito de grafeno iria pesar menos de um miligrama mas

poderia acolher com segurança um recém-nascido.

Os estudantes podem ler mais sobre grafeno na história de Max e Lily online.

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O grafeno é:

10 vezes melhor condutor de calor do que o cobre

100 vezes mais forte que o aço mas também muito flexível

1 000 quilómetros por segundo é a velocidade dos electrões que viajam no seu interior,

tornando-o um excelente condutor eléctrico

10 000 vezes mais fino que um cabelo humano

100 000 vezes mais leve que papel de impressão normal

98% transparente à luz, porém tão denso que nada consegue passar através dele

(Actividade) As propriedades e o potencial do grafeno ainda estão a ser investigados pelos

cientistas, por exemplo no campo aeroespacial e dos transportes. Divida os estudantes em

pares e faça-os pesquisar online o que o grafeno pode significar para o futuro dos transportes e

aeroespacial (por exemplo, materiais superleves). Encoraje-os a pensarem sobre como pode ser

a aparência dos aviões e de outros meios de transporte e que tipo de funcionalidade pode ser

possível. O que é que isso iria significar para o custo e o impacto ambiental?

Nota: Se quiser trabalhar mais esta actividade, pode fazer os estudantes estudar e mapear a

história completa dos transportes desde as primeiras bicicletas, carros, comboios e aviões até

aos nossos actuais meios de transporte. Que avanços científicos foram feitos/necessários para

cada passo?

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6 | Materiais adaptáveis

Actividade 1 | Materiais adaptáveis (15 min)

(Actividade) Peça aos estudantes para verem o excerto do filme sobre materiais adaptáveis

(quarto clipe em: www.materialsfuture.eu/pt/filme/filmes-elaborados). Escreva antes as

seguintes questões no quadro.

1. Quais são os títulos profissionais das três pessoas no clipe?

2. Em que é que eles se concentram no seu trabalho? O que é que eles pretendem atingir?

3. Qual é a visão de ciência que este clipe apresenta?

Depois de verem o excerto (os estudantes podem precisar de vê-lo duas vezes) guie a sua

turma numa discussão sobre as três questões listadas. Os três locutores no excerto estão todos

interessados na ciência e tecnologia como resposta a uma necessidade e tendo um propósito,

ou seja, ajudar-nos a ter vidas melhores e mais sustentáveis. O que é que os estudantes

pensam sobre isto? A que necessidades é que os ténis projectados por Shamees Aden

respondem?

Actividade 2 | Visões de futuro (30 min)

(Actividade) No clipe Martin Hanczyc fala sobre a sua visão para o futuro onde as possibilidades

de materiais vivos podem significar que teremos estruturas que poderão auto-reparar-se,

crescer por si próprias e auto-reproduzir-se. Isto dá aso a pensamentos sobre que tipo de

tecnologia pode ser aplicado e proposto no futuro. Para esta actividade encoraje os seus

estudantes, em pares ou pequenos grupos, a imaginarem uma aplicação para materiais

adaptáveis (como ténis adaptáveis de Shamees). Podem ser futurísticos e pensar sobre as

possibilidades de materiais que podem auto-reparar-se, crescer por si próprias e auto-

reproduzir-se.

Cada grupo deve apresentar a sua ideia ao resto da turma. Devem pensar sobre/incluir as

necessidades a que estariam a dar resposta, o que o material iria fazer e como iria funcionar.

Podem usar a internet para pesquisar ideias e fazer sketches.

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Parte 3: Tornarem-se cientistas As actividades nesta terceira parte do pacote irão encorajar os estudantes a pensarem eles próprios como cientistas e inspirá-los a escolherem estudos ou carreiras neste campo. No final destas actividades os estudantes irão:

Ter explorado serem eles próprios um investigador

Ter sido introduzidos ao mundo do trabalho dos cientistas através de excursões ou oradores convidados

Recursos:

Ficha de trabalho 6

Jogo Caçadores de Materiais (www.materialsfuture.eu/pt/o-jogo)

Acesso à Internet

Actividade 1 | Sê um investigador (duração variável)

(Actividade) Este projecto visa promover a importância de materiais avançados nas nossas

vidas quotidianas. Também visa fazer com que os jovens fiquem entusiasmados com carreiras

nos campos da ciência, tecnologia e design. É importante para os estudantes aprenderem

ciência através de projectarem eles próprios e conduzirem a sua própria pesquisa. Isto irá

também prepará-los para o mundo real do trabalho. Assim, foi aqui incluída uma actividade em

que os estudantes irão escolher um problema para estudarem eles próprios e pensarem em

soluções.

Divida os estudantes em pares e explique que cada par irá estudar um problema/necessidade e

pensar nas suas próprias soluções de design. Podem debruçar-se sobre um problema na escola,

em casa ou na sua área. Devem ter em consideração os materiais avançados sobre os quais

aprenderam neste pacote – desta forma as suas soluções podem ser futurísticas e

especulativas. Um exemplo: a rede exterior da escola precisa de ser pintada pois a cor esbateu-

se e descascou. Como é que eles podem resolver este problema usando materiais avançados?

Os estudantes devem seguir os passos do ciclo do design mas, como eles podem estar a usar a

sua imaginação para pensarem em possibilidades futuro, irão permanecer na fase de design.

Isto está explicado com mais detalhe na ficha de trabalho 6.

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Actividade 2 | Caçadores de Materiais

(Actividade) Dê aos seus estudantes tempo para jogarem o jogo Caçadores de Materiais, que

pode ser jogado em www.materialsfuture.eu/pt/o-jogo ou descarregado para smartphones e

tablets.

No jogo os estudantes irão usar materiais avançados para ajudarem a criar um futuro

sustentável e uma vida melhor. Os estudantes irão aprender tudo sobre a ciência que altera a

forma do nosso mundo. O Caçador de Materiais é um jogo de puzzle simples gratuito em que os

jogadores irão viajar por períodos da história com os dois amigos, Max e Lily, ajudando uma

pequena comunidade a evoluir, através da elaboração de novas tecnologias a partir da junção

de materiais. Observe a sociedade a melhorar ou a cair em ruína conforme os estudantes

avançam – o ambiente dos cidadãos depende das suas escolhas.

Pode-se aceder ao manual do jogo em www.materialsfuture.eu/pt/o-jogo.

Actividade 3 | Dicas para encorajar cientistas

Quanto mais os estudantes estão expostos ao undo da ciência, mais entusiasmados ficarão

relativamente a seguirem a sua própria carreira neste campo. Abaixo encontram-se diversas

dicas para gerar entusiasmo pela ciência:

Organize uma visita de estudo ao vosso museu da ciência ou do design local

Organize uma visita a um laboratório científico local

Convide um cientista ou estudante de ciência para vir falar à sua turma; pode encontrar

um mapa com localizações onde ocorrem pesquisas sobre materiais avançados por toda

a Europa aqui: www.materialsfuture.eu/en/community/

Mantenha-se ao corrente de eventos que celebrem a ciência, como a ‘semana da

ciência’ ou festivais de ciência. Muitas vezes os organizadores irão produzir pacotes

escolares, oficinas de trabalho e actividades

Organize uma feira da ciência (à volta do tema dos materiais avançados!)

Exponha os estudantes a modelos de comportamento – os estudantes podem pesquisar

sobre um cientista famoso (em toda a história) e fazer uma apresentação

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Ficha de trabalho 1 | Introduzir materiais avançados

Células

combustíveis

Stents

Nanomateriais

Ligas com memória

de forma

Super-hidrofóbicos

Grafeno

Electrocrómicos

Nanotubos

Administração Orientada de

Medicamentos

Fotovoltaicos

Semicondutores

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Ficha de trabalho 2 | Explorar a energia solar

1. Qual é a melhor cor para um painel solar? Material necessário por grupo: cubos de gelo, cartolina colorido incluindo branco e preto

Nesta experiência os estudantes irão examinar a forma como a cor afecta a rapidez com que o

calor solar é absorvido. Esta experiência só pode ser feita num dia de sol!

Divida a sua turma em grupos e forneça a cada grupo folhas de cartolina de diferentes cores e

cubos de gelo. Assegure-se que os cubos de gelo são mais ou menos do mesmo tamanho.

Cartolina preta e branca são essenciais mas as outras cores podem variar.

Peça aos estudantes para cortarem a cartolina em quadrados de cerca de 10 cm. Coloque os

quadrados totalmente expostos à luz solar e coloque um cubo de gelo no meio. Agora

cronometre a rapidez com que derretem. Qual é o mais rápido e o mais lento?

O cubo de gelo no cartão preto deve ser o que derrete mais rápido uma vez que absorve o calor

do sol com mais eficiência, enquanto o no branco deve ser o mais lento uma vez que reflecte

muita da energia. Esta é a razão para os painéis solares serem tipicamente pintados de preto

mate. Que cor seria a segunda melhor para os painéis?

2. Experiência alternativa com energia solar e cor

Material necessário por grupo: cartolina branca e preta, 4 copos de plástico

Corte dois círculos da cartolina branca e dois círculos da cartolina preta. Coloque um de cada no

fundo de quatro copos de plástico de tamanho igual. Encha ¼ de cada copo e meça a

temperatura. Agora encerre por cima os copos com um círculo preto e um com um círculo

branco (segure-os com fita-cola ou elásticos) e coloque os quatro copos à luz solar directa.

Preveja em que copo a temperatura será maior. Meça após 5 minutos e após 10 minutos.

3. Faça um forno solar

Material necessário por grupo: caixa de pizza de cartão, folha de alumínio, película plástica,

papel preto, jornais, tesouras e fita-cola

Forme uma aba na tampa cortando as duas bordas longas e uma das bordas curtas, dobre a aba

de novo na borda que não foi cortada e vinque-a. Cubra o interior da aba com folha de alumínio

e cole-a com segurança usando fita-cola. Abra a caixa e cubra o fundo com papel preto. Junte

isolamento pondo rolos de jornal à volta da borda interior da caixa e calcando-os para ficarem

bem colocados. Estique película plástica no interior da tampa (através do buraco feito ao cortar

a aba). Ponha a comida que quer aquecer (qualquer coisa como um marshmallow) na caixa,

feche-a mas abra a aba e vire a folha de alumínio na direcção do sol. Mantenha a aba aberta

com um pau e espere cerca de 30 minutos.

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Ficha de trabalho 3 | Excerto do filme sobre energia solar

1. Quem é o cientista no filme?

2. Em que é que ele trabalha?

3. O que o inspirou?

4. O que é que ele desenvolveu?

5. Como é que isso funciona? Qual é a aparência das células? Desenhe

uma célula e legende as partes.

6. Quais são as vantagens comparando com células de silício que são

agora largamente usadas?

1.

2.

3.

4.

7. Que materiais podem ser usados numa célula solar orgânica?

18

Ficha de trabalho 4 | Cor estrutural

1. Quem foram os primeiros cientistas a observar coloração estrutural? 2. Eles estudaram a pena de que animal? E qual foi a sua conclusão? 3. Cores estruturais são criadas por um efeito óptico em vez de por

pigmentação. Estes efeitos ópticos são: interferência de onda, refracção e difracção. Investiga e explica por palavras tuas o que cada um significa.

a. Interferência de onda

b. Refracção

c. Difracção

4. Qual é o nome da baga mencionada no excerto do filme? O que é tão

especial nela? 5. Materiais que devem a sua cor a coloração estrutural são também

frequentemente iridescentes. O que é iridescência e que animais, plantas ou materiais exibem esta propriedade?

6. Quais são as aplicações possíveis da coloração estrutural? Liste três.

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Ficha de trabalho 5 | De nano a giga

Nome da unidade Símbolo da unidade Significado

Gigametro

Gm

Mil milhões de metros

__________metro

___________

Um milhão de metros

Quilómetro

km

______________ metros

Metro

_________

Um metro

_____________metro

mm

Um ___________ de um metro

Micrómetro

µm

Um milionésimo de um metro

_____________metro

nm

Mil ___________ de um metro

20

Ficha de trabalho 6 | O ciclo do design

Usa este diagrama para estruturares o teu processo de design.

Dicas

Investiga o que outros fizeram.

Observa que materiais estão disponíveis.

Usa a tua criatividade e conhecimento para encontrares soluções diferentes e

seguidamente escolhe uma para trabalhares.

Descreve o desafio – inclui obstáculos e limites.

Se podes na realidade fazer o teu projecto, testa-o também. E faz melhorias.

Identifica o problema

Experimenta-o

Cria Projecta

Explora

Melhora-o

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Notas do Professor 1 | Excerto do filme sobre energia solar

1. Quem é o cientista no filme? Michael Grätzel- os estudantes podem pesquisar sobre ele online para descobrirem mais sobre a sua careira, o seu trabalho e os prémios que ganhou.

2. Em que é que ele trabalha? Ele trabalha na criação de sistemas que imitam a fotossíntese a fim de produzir combustível e electricidade a partir da luz solar.

3. O que o inspirou? O que o inspirou foi a crise do petróleo de 1970, que o fez aperceber-se que não havia assim tantas reservas de petróleo. Isto fê-lo ficar fascinado com a ideia de encontrar sistemas alternativos que usam a luz para produzir combustível.

4. O que é que ele desenvolveu? Ele desenvolveu células solares sensibilizadas por corante que imitam o sistema natural de fotossíntese das plantas. O corante molecular absorve a luz solar, que é então transformada em energia eléctrica.

5. Como é que isso funciona? Qual é a aparência das células? Desenha uma célula e legenda as partes.

6. Quais são as vantagens comparando com células de silício que são agora largamente usadas?

1. As células solares Grätzel recolhem a luz solar de ambos os lados, o que é importante especialmente no deserto, onde a luz é reflectida de volta

2. As células solares Grätzel recolhem radiação difusa 3. Podem ser usadas em espaços interiores 4. São ideais para integração em edifícios devido à sua estética; o vidro colorido parece

arte

Outras vantagens das células solares sensibilizadas por corante são que, com a produção em massa, elas se tornarão mais baratas que a concorrência e têm uma grande vantagem ambiental pois não usam qualquer energia intensiva, métodos de alto vácuo ou elementos tóxicos1. 1Fonte: Um artigo de Jacob Aron no jornal The Guardian de 4 de Julho de 2010, ‘A Minha Ideia Brilhante: Michael Grätzel’; http://www.theguardian.com/technology/2010/jul/04/michael-gratzel-bright-idea-energy

Condutor de vidro

Condutor de vidro

Electrólitos

Óxido de titânio

Cobertura com corante

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Notas do Professor 2 | Cor Estrutural

1. Quem foram os primeiros cientistas a observar coloração estrutural? Isaac Newton e Robert Hooke. Thomas Young foi o primeiro a explicar a interferência de onda.

2. Eles estudaram a pena de que animal? E qual foi a sua conclusão? Eles descobriram que nós vemos as penas de pavão como azuis e verdes devido à sua estrutura, enquanto na realidade elas são pigmentadas de castanho com melanina. Melanina é um polímero complexo, que é responsável pela cor da pele e do cabelo. A morfologia da superfície das penas reflecte a luz de uma forma que faz com que as vejamos coloridas.

3. As cores estruturais são criadas por um efeito óptico em vez de por pigmentação. Investiga e explica por palavras tuas o que é este efeito óptico e como funciona.

“Neste caso a luz comporta-se como uma onda” disse a Lily e atirou um pequeno seixo para a fonte. O seixo causou que uma onda circular alastrasse. A seguir, a Lily atirou três seixos ao mesmo tempo. Todos criaram ondas que interagiram umas com as outras. Em alguns pontos, as ondas juntaram-se, amplificando-se umas às outras, enquanto nalguns outros pontos as ondas eliminaram-se umas às outras.” A interferência de onda ocorre quando os campos electromagnéticos que constituem ondas individuais interagem. A estrutura microscópica do material funciona como um prisma, dividindo a luz em cores ricas e básicas. Dependendo da frequência reflectida de volta a partir de superfície do objecto, a luz refractada torna-se visível numa disposição iridescente brilhante.

4. Qual é o nome da baga mencionada no excerto do filme? O que é tão especial nela? A baga é chamada Polliacondensata e tem o azul mais brilhante conhecido em todos os tecidos vivos. A baga pode ser encontrada em regiões florestadas de África. A planta da qual foram retiradas as bagas no filme tem 100 anos de idade e a cor não se desvaneceu. Esta é a propriedade surpreendente da coloração estrutural.

5. Materiais que devem a sua cor a coloração estrutural são também frequentemente iridescentes. O que é iridescência e que animais, plantas ou materiais exibem esta propriedade?

Iridescência é o resultado da interferência construtiva e destrutiva entre múltiplos reflexos de duas ou mais superfícies, por exemplo em películas finas semitransparentes, onde é também combinada com refracção. À medida que a luz é reflectida dessas superfícies aparece uma alternância de fase entre os raios de luz que são reflectidos da superfície de topo e dos que são reflectidos pelas superfícies de baixo. Portanto, num certo comprimento de onda e ângulo, a amplitude das ondas de luz pode juntar-se ou subtrair-se. Em ângulos diferentes as cores aparecem assim diferentes. Este pode ser o caso das penas de certas aves, das asas de borboletas, das escamas de peixe, bolhas de sabão, películas de óleo, carapaças de escaravelhos e madrepérola.

6. Quais são as aplicações possíveis da coloração estrutural? Liste três.

A coloração estrutural tem potencial para muitas diferentes aplicações, como materiais para moda (têxteis), camuflagem adaptável, vidro de baixo reflexo, interruptores ópticos eficientes e superfícies anti-reflexo. Esta tecnologia já está a ser usada para criar os hologramas de segurança nos nossos cartões de crédito e notas; estes hologramas são muito difíceis de falsificar porque a sua morfologia de superfície foi padronizada na nanoescala.